基于驗(yàn)證荷載和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的橋梁可靠性修正與貝葉斯預(yù)測(cè).pdf

1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)是土木工程領(lǐng)域的當(dāng)前熱點(diǎn)研究方向，健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域經(jīng)歷了兩個(gè)階段：第一階段是傳感器的安裝以及數(shù)據(jù)的采集，此階段現(xiàn)在已處于成熟階段；第二階段是健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的合理利用。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)中，積累了海量的數(shù)據(jù)，如何有效地分析這些數(shù)據(jù)，為橋梁結(jié)構(gòu)的性能評(píng)估與預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)，是健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題之一，也是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題之一。本文以貝葉斯修正和預(yù)測(cè)理論為基礎(chǔ)，基于橋梁結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證荷載試驗(yàn)和健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件及

2、體系可靠性的修正與預(yù)測(cè)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要內(nèi)容包括：
　　(1)研究了基于驗(yàn)證荷載信息和抗力退化模型的橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠性修正方法。結(jié)合確定性與隨機(jī)性的荷載歷史信息，考慮結(jié)構(gòu)抗力的退化模型，采用截尾分布法和Bayes方法，得到了驗(yàn)證荷載信息以及抗力退化模型對(duì)橋梁構(gòu)件可靠性的影響規(guī)律。
　　(2)提出了基于貝葉斯動(dòng)態(tài)線性模型的橋梁構(gòu)件可靠性預(yù)測(cè)方法。采用健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分別針對(duì)一次多項(xiàng)式回歸模型、AR(1)模型和ARMA(1,1

3、)模型，建立了相應(yīng)的貝葉斯動(dòng)態(tài)線性模型，研究了模型監(jiān)控機(jī)制?？紤]貝葉斯動(dòng)態(tài)線性模型的多樣性，建立了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的混合貝葉斯動(dòng)態(tài)線性模型；基于所建立的單一及混合貝葉斯動(dòng)態(tài)線性模型，采用一次二階矩方法，對(duì)橋梁構(gòu)件可靠性進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。
　　(3)提出了基于貝葉斯動(dòng)態(tài)非線性模型的橋梁構(gòu)件可靠性預(yù)測(cè)方法。采用健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分別詳細(xì)建立了基于二次多項(xiàng)式函數(shù)和三次多項(xiàng)式函數(shù)的貝葉斯動(dòng)態(tài)非線性模型，并提出了兩種近似處理貝葉斯動(dòng)態(tài)非線性模型的方法：其

4、一，通過(guò)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)技術(shù)，將貝葉斯動(dòng)態(tài)非線性模型近似轉(zhuǎn)化為貝葉斯動(dòng)態(tài)線性模型，并建立了相對(duì)應(yīng)的模型監(jiān)控機(jī)制；其二，直接通過(guò)馬爾科夫鏈蒙特卡洛模擬(MCMC)實(shí)現(xiàn)?；谒⒌呢惾~斯動(dòng)態(tài)非線性模型，結(jié)合一次二階矩方法，對(duì)橋梁構(gòu)件可靠性進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。
　　(4)提出了基于混合高斯粒子濾波器的橋梁構(gòu)件可靠性在線實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法。建立了基于健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)模型，引入混合高斯粒子濾波器，基于粒子濾波方法和動(dòng)態(tài)模型，對(duì)狀態(tài)變量的分布參數(shù)和監(jiān)測(cè)

5、值的一步向前預(yù)測(cè)分布參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。提出了混合高斯粒子濾波方法重采樣技術(shù)，解決了粒子模擬退化的問(wèn)題。結(jié)合一次二階矩方法，對(duì)橋梁構(gòu)件可靠性進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。
　　(5)研究了基于驗(yàn)證荷載效應(yīng)和健康監(jiān)測(cè)信息的橋梁結(jié)構(gòu)體系可靠性在線實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法。采用 MIDAS軟件模擬構(gòu)件驗(yàn)證荷載效應(yīng)，通過(guò)構(gòu)件驗(yàn)證荷載效應(yīng)修正構(gòu)件的應(yīng)力限值（廣義抗力）分布，建立了基于健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（荷載效應(yīng)）的混合高斯粒子濾波器，基于修正的應(yīng)力限值分布和荷載效應(yīng)的混合高斯